Recycling Heat Losses of an Oil-Immersed Transformer: Feasibility Study
DOI:
https://doi.org/10.14529/power210105Keywords:
power transformer, heater, equivalent thermal circuit, energy efficiency, efficiencyAbstract
The paper investigates the feasibility of adding a liquid heater to an oil-immersed transformer. It proves that design the high efficiency of power transformers, losses due to idling and short circuits are substantial and are scattered in the environment as heat. The paper proposes a novel design that implements a liquid (coolant) heater to enable the unit not only to convert electricity, but also to generate heat. In order to analyze the feasibility of such heat recycling, the authors have developed an equivalent thermal circuit and a mathematical model thereof.
Said heater can operate in two modes. In the passive mode, the coolant it contains only absorbs the heat emitted (lost) by the power transformer. In the active mode, it also receives the heat emitted due to the passage of electric current through the pipes of the heater. The paper further introduces the definition of heater efficiency.
Studies have shown that up to 50 % of transformer heat losses can be recycled by heating the coolant in the heater. The paper presents the relationship between utilized heat and transformer losses, as well as heater efficiency as a function of coolant flow rate. The heater efficiency exceeds 90 % in the active mode.
References
Лизунов, С.Д. Силовые трансформаторы. Справочная книга / С.Д. Лизунов, А.К. Лоханина. – М.: Энергоатомиздат, 2004. – 616 с.
Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов / П.М. Тихомиров. – М.: Альянс, 2016. – 527 с.
Baehr, R. Transformer technology: state of the art and trends of future devel-opemeпt / R. Baehr // Electra. – 2001. – no. 198. – P. 13-19.
Eliasson, A. Amorphous Metal core material shows economic and environmental benefits when pre-existing transformers are to be replaced within Vattenfall Group’s distribution network / A. Eliasson, H. Elvfing, V.R. Ramanan // 2010 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe). – 2010. – P. 1-7. DOI: 10.1109/ISGTEUROPE.2010.5638963
Olivares, J.C. Reducing losses in distribution transformers / J.C. Olivares, Y. Liu, J.M. Canedo, R. Escarela-Perez, J. Driesen, P. Moreno // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2003. – Vol. 18, no. 3. – P. 821-826. DOI:10.1109/TPWRD.2003.813851
Loffler, F. Influence of air gaps in stacked transformer cores consisting of sev-eral packages / F. Loffler, H. Pfutzner, T. Booth // IEEE Transaction on Magnnetics. – 1994. – Vol. 30, P. 913-915. DOI: 10.1109/20.312443
Girgis, R.S. Experimental investigation on effect of core production attributes on transformer core loss performance / R.S. Girgis, E.G. Nyenhuis, K. Gramm, J.E. Wrethag // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1998. – Vol. 13. – P. 526-531. DOI: 10.1109/61.660924
Georgilakis, P.S. A novel iron loss reduction technique for distribution trans-formers based on a combined genetic algorithm – neural network approach / P.S. Georgilakis, N. Doulamis, N.D. Hatziargyriou, S.D. Kollias // IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics – Part C, Applications and Reviews. – 2001. – Vol. 31, no. 1. – P. 16-34. DOI: 10.1109/5326.923265
Georgilakis, P.S. AI helps reduce transformer iron losses / P.S. Georgilakis, N. Hatziargyriou, D. Paparigas // IEEE Computer Applications Power. – 1999. – Vol. 12, no. 4. – P. 41-46. DOI: 10.1109/67.795137
Koppikar, D.A. Evaluation of flitch plate losses in power transformer / D.A. Koppikar, S.V. Kulkarni, P.N. Srinivas, S.A. Khaparde, R. Jain // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1999. – Vol. 14. – P. 996-1001. DOI: 10.1109/PESW.1999.747342
Vinogradov, A. Gainful utilization of excess heat from power transformers / A. Vinogradov, A. Sopov, V. Bolshev, A. Vinogradova // Handbook of Research on Energy-Saving Technologies for Environmentally-Friendly Agricultural Development. IGI Global. – 2020. – P. 132-162. DOI: 10.4018/978-1-7998-1216-6.ch006
Litovets, A.V. Energy Efficiency Increasing for the Power Transformer by Means of the Liquid Heating Unit / A.V. Litovets, A.V. Serikov, V.A. Serikov // 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM 2017). – 2017. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076295.
Литовец, А.В. Разработка конструкции электробезопасного нагревательного устройства / А.В. Литовец, А.В. Сериков, Зар Ни Ньейн // Дальневосточная весна – 2016: материалы международной научно-практической конференции по проблемам экологии и безопасности. – Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2016. – С. 171-174.
Литовец, А.В. Силовой трансформатор с блоком нагрева жидкости / А.В. Литовец, А.В. Сериков // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: материалы IV российской молодежной научной школы-конференции. – Томск, ТПУ, 2016. – С. 36-38.
Зар, Ни Ньейн. Повышение энергоэффективности систем теплоснабже-ния с использованием электротехнического комплекса / Зар Ни Ньейн, В.А. Сериков, А.В. Сериков // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: материалы IV российской молодежной научной школы-конференции – Томск, ТПУ, 2016. – С. 126-129.
Патент на полезную модель № 160354 РФ, МПК Н05В 6/10. Устройство для преобразования энергии с регулируемым нагревом жидкости / А.В. Сериков, А.В. Литовец; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет». – № 2015114276/02; заявл. 16.04.2015; опубл. 20.03.2016, Бюл. № 8.
Литовец, А.В. Проблемы управления трансформаторными нагревателя-ми жидких сред / А.В. Литовец, А.В. Сериков, В.И. Суздорф // Электротехника: сетевой электронный научный журнал – 2015. – Т. 2, № 2. – С. 56-58.
Сипайлов, Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан. – М.: Высш. шк., 1989. – 239 с.
Крейт, Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блэк. – М.: Мир, 1983. – 512 с.
Уонг, Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров: справочник / Х. Уонг. – М.: Атомиздат, 1979. – 210 с.
